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Muffenrohrverbindung mit Lamellensteckkupplung aus Hart-Polyäthylen
Rohrleitungen werden heute in steigendem Masse unter Verwendung von Kunststoffrohren verlegt. Die Unempfindlichkeit derartiger Rohre gegen Einflüsse verschiedenster Art erklärt neben andern Eigenschaften ihre zunehmende Verwendung. Eine Schwierigkeit bei der Verlegung von Kunststoffrohren besteht jedoch in ihrer Verbindung. Je nach Art des Kunststoffes ist man dazu übergegangen, die Verbindung durch Verschweissen, durch Verkleben oder andere Massnahmen herbeizuführen. In den meisten Fällen verursachen diese Massnahmen nicht unerhebliche Kosten und ihre Ausführung ist oft mit einer gewissen Unsicherheit belastet.
Die Möglichkeit, eine geeignete Rohrverbindung durch Zwischenstücke herzustellen, wurde vielfach untersucht und führte zu zahlreichen Vorschlägen. Es sind Kunststoff-Fittinge bekannt, in die bei der Herstellung durch Spritzen oder Pressen Metallring mit Innengewinde eingebracht wurden. Auch sind Rohrverbindungen beschrieben, die aus einem Dichtungsring mit umlaufenden Rippen aus elastischem Material, z. B. Gummi, bestehen. Die sägezahnförmigen Rippen an einer weiteren bekannten Dichtung sind dagegen hart und unnachgiebig und werden aus Metall oder sehr hartem Kunstharz gefertigt. Es ist auch bekannt, Rohre durch eine Gummidichtung zu verbinden, die man in die Rohre einlässt und die in eine härtende Giessmasse eingebettet ist.
Bezeichnend für die meisten dieser bekannten Rohrverbindungen ist die Notwendigkeit, zweierlei Material in einem Stück zu verwenden, da die doppelte Aufgabe, nämlich die Erhaltung der Festigkeit und gleichzeitig der Elastizität, bei Verarbeitung eines einheitlichen Materiales offenbar nicht zu lösen war.
Diese Aufgabe und die bestehenden Schwierigkeiten werden nach der Erfindung gelöst durch eine Muffenrohrverbindung aus Hart-Polyäthylen, die so ausgeführt ist, dass der Muffenteil in seinem Innern eine Mehrzahl lippenartiger Lamellen aufweist, die in an sich bekannter Weise einen flachen Winkel an der Einschubseite und einen senkrechten oder nahezu senkrechten Abfall auf der entgegengesetzten Seite aufweisen, und dass das Einsteckrohrende aussen glatt oder mit Arretierungsnuten versehen ist.
Hart-Polyäthylen, das für die erwähnten Zwecke besonders gut geeignet ist, wird im allgemeinen hergestellt durch Polymerisation von Äthylen bei Drücken bis etwa 100 kg/cm und Temperaturen bis etwa 1000C unter Verwendung von Katalysatoren, die aus Mischungen von Titanverbindungen, insbesondere Titanchloriden einerseits, und metallorganischen Verbindungen anderseits, bestehen. Dieses Hart-Poly- äthylen kann auch neben Farbstoffen Füllstoffe enthalten, wie z. B. Russ oder Siliziumdioxyd. Auch kann man Alterungsschutzmittel einarbeiten.
Die in diesen Rohren oder Rohrverbindungsstücken angebrachte Lamellensteckkupplung besteht aus einer Aufeinanderfolge von mehreren lippenartigen Lamellen mit einem flachen Winkel auf der Einschubseite und einem senkrechten oder nahezu senkrechten Winkel auf der dem Einschub entgegengesetzten Seite, wobei die Höhe der einzelnen Lamelle etwa zwischen 0, 5 mm und maximal 5 mm liegt.
Wird diese Lamellensteckkupplung in Rohrverbindungsstücken angebracht, so können diese in verschiedener Form ausgebildet sein, so als Winkel-, T-und Kreuzstücke oder auch als Muffen, Reduzierstücke oder Gewindeübergänge (s. Zeichnung Fig. 1-4). Der innere Durchmesser der Steckkupplung wird um 2 mm kleiner dimensioniert als der äussere Durchmesser des Rohres. Die Abdichtung erfolgt durch die Lamellen. Mit Einschieben des Rohrendes in die Kupplung werden die Lamellen auf den äusseren Durch-
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messer des Rohrstückes aufgetrieben und nach innen umgelegt. Sie liegen mit ihren Spitzen als Flachdichtung auf der Rohrwandung auf. Je höher der Innendruck ansteigt, umso stärker erfolgt die Pressung an die Rohrwand.
In einer üblichen Lamellensteckkupplung sind etwa 24 Lamellen, 12 Stück auf jeder Seite, angeordnet. Eine genügende Abdichtung wäre bereits durch eine Lamelle zu erzielen. Einer drei-oder vierfachen Sicherheit genügen demnach 3-4 Lamellen. Zur weiteren Sicherheit wird man für die Aufgabe der Abdichtung mit der doppelten Anzahl rechnen. 2 - 6 Lamellen an jeder Seite können zusätzlich die Halterung der Rohre übernehmen.
Sollen die Rohre durch die Steckkupplung besonders fest und nahezu unlösbar verbunden werden, so werden auf der Aussenwand der Rohre Nuten, vorzugsweise Schrägnuten, angebracht, z. B. durch Einfräsen, in die etwa 2 - 6 Lamellen einrasten können. Der Abstand dieser Arretierungsnuten ist der gleiche wie der der Lamellen. Die Tiefe der Schrägnuten wird durch den Unterschied zwischen Rohrdurchmesser und dem Innendurchmesser derRohrverbindungsstücke bestimmt und beträgt etwa ein Viertel dieser Differenz, um die Spannung zum Einrasten zu erhalten. Eine Tiefe von etwa 0, 5 mm hat sich als vorteilhaft erwiesen.
Würde man Arretierungsnuten von 1 mm Tiefe bei Kunststoffrohren aus Hart-Polyäthylen mit
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dische Normen, oder Vorschriften des Bayerischen Landesamtes für Wasserversorgung für die Lieferung und Verlegung von Polyäthylenrohren, Ausgabe März 1956), dass die Rohre bei 30 kg/cm2 (Streuungsfaktor 1 J 5 kg/cm2) aus der Steckkupplung herausgleiten. Bringt man Arretierungsnuten von nur 0, 5 mm Tiefe auf den gleichartigen Kunststoffrohren an, so zeigt die Berstdruckprüfung der Verbindung mit der Steckkupplung, dass die Rohre bei 45 kg/cm2 (Streuungsfaktor 1 kg/cm2) bersten. die Steckmuffejedochdie Rohre bis zu diesem Druck dicht verschliesst und verbindet.
Soll die Lamellensteckkupplung ohne Anbringen von Arretierungsnuten verwendet werden, so müssen die Leitungen bei einem Innendruck, der mehr als 6 atü beträgt, auf andere Weise gehalten werden, z. B. durch Schellen, Einmauerung oder Betonabstützung. Ohne Anwendung der Schrägnuten kann die Fixierung mit Hilfe der Lamellensteckkupplung als eine lösbare Verbindung angesehen werden.
Die beiden wesentlichen Aufgaben einer Verbindung, nämlich die Abdichtung und die Halterung, werden durch die Lamellensteckkupplung mit einem Material gelöst. Das hochmolekulare Polyäthylen ist ausserordentlich kerbunempfindlich und gibt den Lamellen die erforderliche Flexibilität sowie die notwendige Langzeitstandfestigkeit. Die Prüfung der Langzeitfestigkeit erfolgte unter dem Innendruck von 15 kg/cm2 bei einer Wassertemperatur von 200 , 1 C über 100 Tage. Ausserdem wurde die Festigkeit gegen hydraulischen Innendruck bei 30 kg/cm2 unter der gleichen Temperatur von 200C über 30 Tage geprüft.
Die Lamellensteckkupplungen haben mit den Rohren ausHart-Polyäthylen unter diesen Bedingungen standgehalten und einwandfrei abgedichtet.
Ausserdem kann an diesem Material keinerlei Spannungskorrosion auftreten, wie sie sonst durch die Flüssigkeiten verursacht wird, zu deren Transport die Leitung dient, wie Wasser, Säuren, Laugen, Kohlenwasserstoffe und andere organische Flüssigkeiten, wobei nur Chlorkohlenwasserstoffe eine Ausnahme bilden. per Temperaturbereich, in dem die erfindungsgemässe Lamellensteckkupplung verwendbar ist, kann gegenüber andern Kunststoffen noch beträchtlich erweitert werden, wenn als Ausgangsmaterial sehr hochmolekulares Polyäthylen mit Molekulargewichten über 500000 oder 1000000 benutzt wird. Mitderartigem Material ist es ohne weiteres möglich, bei Temperaturen bis unter -500C zu arbeiten, wie bei den Temperaturen, die beispielsweise bei der Warmwasserinstallation erforderlich sind.
Die erfindungsgemässe Lamellensteckkupplung aus Hart-Polyäthylen lässt sich in vorteilhafter Weise nicht nur für Kunststoffrohre verwenden. sondern auch zur Verbindung mit Rohren aus Metallen oder Asbestzement. Bei der Anwendung von Kunststoffen mit spröderem Charakter als Polyäthylen können Bedenken wegen der Kerbempfindlichkeit beim Anbringen von Arretierungsnuten auftreten. Es hat sich jedoch gezeigt, dass bei der Anwendung von Arretierungsnuten mit einer Tiefe von 0, 5 mm eine dauerhafte und einwandfreie Verbindung auch mit derartigen Rohren von geringerer Flexibilität erzielt werden kann. Die Spannungen, die von aussen durch die Lamellen auf die Nuten ausgelöst werden, werden anderseits durch die flexiblen Eigenschaften der Lamellen weitgehend ausgeglichen.
Bei den auftretenden Innendrücken wird gleichzeitig die Ringfestigkeit des Kunststoffrohres durch die Spannung der Lamellen erhöht.
Auch die bei Kunststoffrohren bekannte erhöhte Dehnung lässt sich in einem gewissen Masse mit der Lamellensteckkupplung auffangen, da durch die flexiblen Lamellen eine axiale Verschiebung möglich ist. Ausserdem hat sich der Einsatz der Lamellensteckkupplung besonders im Falle von Druckstössen bewährt,
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wie sie bei Leitungen nicht immer vermeidbar sind, da der auftretende Längsschub nur langsam über alle Lamellen weitergeleitet wird.
Es ist bereits früher vorgeschlagen worden, die Verbindung zwischen Kunststoffrohren durch Rohrverbindungsstücke aus Metall, z. B. Messing oder aus Kunststoffen mit ausgesprochen harter Beschaffenheit, herzustellen. Derartige Rohrverbindungsstücke, bekannt unter dem Namen"Singerfittings", zeigen den wesentlichen Nachteil, dass ihre sägezahnähnliche Ausbildung zur Verletzung und Schwächung der Rohrverbindungen führen kann, umso mehr, als sich bei auftretenden Druckstössen und Schwankungen die scharfen Spitzen der einzelnen Zähne noch stärker gegen die Wandungen des Kunststoffrohres pressen, und dass sie bei häufiger Wiederholung des Vorganges von zunehmendem und nachlassendem Druck eine geradezu abschälende Wirkung auf die Aussenwand des Rohres ausüben können.
Bei der erfindungsgemässen Lamellensteckkupplung aus Hart-Polyäthylen ist eine derartige Wirkungsweise nicht möglich, da weder das verwendete Material noch die Ausbildung der Lamellen eine Verletzung der zu verbindenden Rohre bewirken können. Jeder Druck oder jede Druckbewegung innerhalb der Rohrverbindung wirkt sich hier viel mehr lediglich als Verstärkung der Abdichtung aus.
Der Einsatz der Lamellensteckkupplung hat sich daher auch im Falle von Druckstössen bewahrt, wie sie beiLeitungen nicht immer vermeidbar sind. Der dabei auftretende Längsschub wird über sämtliche Lamellen federnd aufgefangen und unter Beibehaltung des Anpressdruckes abgebremst. Zur Prüfung der Stand- festigkeit gegenüber Druckstössen wurden l"-Rohre ausHart-Polyäthylen mit 4Arretierungsnuten von O, 5mm Tiefe, verbunden mit Steckkupplung gemäss Erfindung, einem lOstündigen Druckwechsel zwischen 5 und 20 kg/cmz ausgesetzt, wobei der höhere Druck jeweils einmal in der Minute für die Dauer einer Sekunde erzeugt wurde.
Diese Druckstossprüfung, die der Standfestigkeit fester Kunststoffrohre dient, hat ergeben, dass auch die Verbindung dieser Rohre mit der Lamellensteckkupplung unter Druckstössen einwandfrei arbeitet.
Die in der Zeichnung dargestellten Figuren veranschaulichen die Erfindung.
Fig. l stellt im Schnitt ein T-Stück mit 3facher Lamellensteckkupplung dar, Fig. 2 gibt einen Schnitt durch das Einsteckrohrende wieder, an dessen Aussenwand Schrägnuten angebracht sind, Fig. 2a stellt im Schnitt ein aussen glattes Einsteckrohrende dar, in Fig. 3 ist im Schnitt ein Gewindeübergang mit Schrägnuten an der Aussenwand veranschaulicht.
Am T-Stück nach Fig. l bezeichnet l einen Muffenteil, der in seinem Innern mehrere lippenartige Lamellen 2 aufweist. AmEinsteckrohrende der Fig ; 2 liegen die Schrägnuten 4 an der äusseren Wand. In Fig. 2a bezeichnet 3 das aussen glatte Kopfstück des Einsteckrohrendes.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Muffenrohrverbindung aus Hart-Polyäthylen, dadurch gekennzeichnet, dass der Muffenteil (1) in seinem Innern eine Mehrzahl lippenartiger Lamellen (2) aufweist, die in an sich bekannter Weise einen flachen Winkel an der Einschubseite und einen senkrechten oder nahezu senkrechten Abfall auf derentgegengesetzten Seite aufweisen, und dass das Einsteckrohrende (3) aussen glatt oder mit Arretierungsnuten (4) versehen ist.